粒度分布の測定方法アプリケーションに適した方法を選択

粒度分布（PSD）は、医薬品、化粧品、食品、材料科学など様々な産業において重要なパラメータです。PSDの測定には、試料中に存在する粒子径の範囲とその相対比率を決定することが含まれます。いくつかの方法があり、それぞれ特定の粒子径範囲、サンプルタイプ、測定目的に適しています。一般的な手法には、ふるい分析、直接画像分析、静的光散乱（SLSまたはレーザー回折）、動的光散乱（DLS）、コールターカウンター、ナノ粒子追跡分析（NTA）などがあります。どの方法を選択するかは、予想される粒子径範囲、材料特性、測定に必要な精度と分解能などの要因によって決まります。

キーポイントの説明

ふるい分析:
- 説明:ふるい分析は、特に固体粒子の粒度分布を測定するための伝統的で広く使われている方法です。試料をメッシュサイズが徐々に小さくなる一連のふるいに通します。
- 粒度範囲:125 mmから20 μmまでの粒子に適しています。
- 利点:シンプルで費用対効果が高く、高度な装置を必要としない。
- 制限事項:20μm以下の粒子は測定できません。
- アプリケーション:建設、鉱業、農業などの産業で一般的に使用されている。
直接画像分析:
- 説明:この方法では、顕微鏡やデジタル画像技術を用いて粒子の画像を撮影する。その後、画像を分析して粒子のサイズと形状を決定します。
- タイプ:静的（静止画像をキャプチャ）または動的（動きのある粒子をキャプチャ）。
- 利点:粒子の形態と粒度分布に関する詳細な情報を提供します。
- 制限事項:時間がかかり、サンプルの前処理が必要。非常に小さな粒子やハイスループット分析には適さない場合がある。
- アプリケーション:詳細な粒子特性評価が必要な研究や品質管理に使用されます。
静的光散乱 (SLS) / レーザー回折 (LD):
- 説明:SLSはレーザー回折とも呼ばれ、粒子分散液を通過するレーザービームの散乱パターンを測定します。散乱パターンは粒度分布の計算に使用されます。
- 粒度範囲:通常、0.1μmから数mmの粒子を測定します。
- 利点:迅速で正確、幅広い粒子径に対応。湿式・乾式どちらの試料にも使用可能。
- 制限事項:球状粒子を想定していますが、非球状粒子では必ずしも正確とは限りません。
- 応用例:医薬品、食品、化学産業で広く使用されています。
動的光散乱(DLS):
- 説明:DLSは、懸濁液中の粒子のブラウン運動によって生じる散乱光の揺らぎを測定する。その強度変動を分析し、粒子径を決定します。
- 粒子径範囲:ナノ粒子やサブミクロン粒子（通常1nm～1μm）に最適。
- 利点:小さな粒子に対する感度が高く、液体懸濁液中の粒子を測定できる。
- 制限事項:安定した懸濁液を必要とし、多分散サンプルや大きな粒子には効果が低い。
- 用途:バイオテクノロジー、ナノテクノロジー、コロイド科学でよく使用される。
コールターカウンター:
- 説明:コールターカウンターは、粒子が小さな開口部を通過する際の電気抵抗の変化を検出することにより、粒子径を測定します。各粒子は体積分の電解液を置換し、測定可能な抵抗変化を引き起こします。
- 粒子径範囲:通常、0.4μmから1200μmの粒子を測定します。
- 利点:正確で再現性の高い結果を提供。固体粒子と細胞の両方を測定可能。
- 制限事項:粒子を電解質溶液に懸濁させる必要がある。開口部を通過できる粒子に限定される。
- 用途:医療診断、品質管理、研究に使用。
ナノ粒子追跡分析（NTA）:
- 説明:NTAは、レーザー光散乱とビデオ顕微鏡を使用して、懸濁液中の個々のナノ粒子の動きを追跡します。粒子のブラウン運動を分析し、粒度分布を決定します。
- 粒度範囲:ナノ粒子や小さな粒子（通常10nm～1μm）に適しています。
- 利点:高分解能の粒度分布データが得られ、低濃度サンプルの測定も可能。
- 制限事項:安定した懸濁液を必要とし、多分散サンプルや大きな粒子には効果が低い。
- 応用例:ナノテクノロジー、薬物送達、環境科学に使用される。

メソッド選択の概要

ふるい分析:大きな乾燥粒子（125mm～20μm）に最適。
直接画像分析:粒子の詳細な形態分析に最適です。
静的光散乱 (SLS/LD):幅広い粒子径（0.1μm～数mm）、湿式・乾式試料に対応。
動的光散乱 (DLS):ナノ粒子やサブミクロン粒子（1nm～1μm）に最適。
コールターカウンター:特に懸濁液中の0.4μm～1200μmの粒子に有効。
ナノ粒子追跡分析（NTA）:ナノ粒子（10 nm～1 μm）の高分解能分析。

結論

粒度分布を測定する方法の選択は、サンプルの具体的な要件と希望する精度と分解能によって決まります。ふるい分析は、大きな粒子用の伝統的で費用効果の高い方法ですが、レーザー回折、動的光散乱、ナノ粒子追跡分析などの技術は、小さな粒子やより詳細な分析用の高度な機能を提供します。各手法の長所と限界を理解することは、特定のアプリケーションに最適な手法を選択する上で非常に重要です。

要約表

方法	粒子径範囲	利点	制限事項	アプリケーション
ふるい分析	125 mm～20 μm	シンプルで費用対効果に優れ、高度な装置は不要	乾燥した流動性のある粉体に限定、20μm未満の粒子は測定不可	建設、鉱業、農業
直接画像解析	異なる	詳細な粒子形態と粒度分布	時間がかかる、サンプル前処理が必要、非常に小さな粒子には不向き	研究、品質管理
静的光散乱 (SLS/LD)	0.1 μm ～数 mm	高速、高精度、湿式・乾式試料に最適	球状粒子を想定、非球状粒子では精度が落ちる	医薬品、食品、化学工業
動的光散乱 (DLS)	1 nm～1 μm	小さな粒子に高感度、液体懸濁液で有効	安定した懸濁液が必要。多分散粒子や大きな粒子には効果が低い。	バイオテクノロジー、ナノテクノロジー、コロイド科学
コールターカウンター	0.4 μm～1200 μm	正確で再現性が高い；固体粒子と細胞を測定	電解質溶液が必要；開口部に収まる粒子に限定	医療診断、品質管理、研究
ナノ粒子追跡分析（NTA）	10 nm～1 μm	高分解能粒度分布、低濃度サンプルにも対応	安定した懸濁液が必要。多分散粒子や大きな粒子にはあまり効果的でない。	ナノテクノロジー、薬物送達、環境科学